SIEMENS PCS7在乙苯／苯乙烯裝置中的應(yīng)用

孫寶磊

（揚(yáng)子石化—巴斯夫有限責(zé)任公司電氣儀表部，江蘇 南京210048）

0 引言

揚(yáng)子石化—巴斯夫有限責(zé)任公司乙苯／苯乙烯生產(chǎn)裝置采用LUMMUS／Unocal／UOP乙苯制造工藝和LUMMUS／Monsanto苯乙烯生產(chǎn)工藝，整個(gè)裝置包括乙苯單元、苯乙烯單元和配套的公用工程單元。由于乙苯／苯乙烯的生產(chǎn)工藝具有高溫、高壓、易燃、易爆、有毒、有害的特性，大量的工藝數(shù)據(jù)需要監(jiān)控，因此DCS在整個(gè)工藝中就必不可少，先進(jìn)的DCS可以有效減少工藝人員工作負(fù)擔(dān)，提高裝置自控水平。乙苯／苯乙烯裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)采用德國(guó)SIEMENS PCS7過(guò)程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)版本為V7.1SP2。整個(gè)裝置除了SIS部分采用了TRICON系統(tǒng)，其余部分都由DCS來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。

1 乙苯／苯乙烯裝置PCS7系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

乙苯／苯乙烯裝置的DCS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可以分為3層：第1層是控制器層，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線層實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的監(jiān)測(cè)和輸出控制；第2層是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層，所有現(xiàn)場(chǎng)控制器、服務(wù)器、工程師站、操作員單站通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)到一起；第3層是終端網(wǎng)絡(luò)層，所有服務(wù)器、客戶機(jī)操作員站通過(guò)終端網(wǎng)絡(luò)層聯(lián)到一起，客戶機(jī)操作員站通過(guò)服務(wù)器獲得控制器層的數(shù)據(jù)并將操作員指令傳達(dá)到控制器。

項(xiàng)目總體上分為EB、SM和RF3部分，包括1個(gè)中央控制室CCR、1個(gè)工程師站房間ES room和2個(gè)就地機(jī)柜間FRR（EB／SM機(jī)柜室和RF機(jī)柜室）。其中CCR為主要運(yùn)行操作區(qū)域，包含DCS操作員站9臺(tái)以及打印機(jī)2臺(tái)。長(zhǎng)期歸檔服務(wù)器CAS01、OPC通訊服務(wù)器OPC01、事件記錄服務(wù)器EVT01和時(shí)鐘同步設(shè)備GPS01、工程師站ES01、資產(chǎn)管理服務(wù)器AMS01和打印機(jī)站都位于ES room。系統(tǒng)采用SIEMENS交換機(jī)X204－2構(gòu)成環(huán)型網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)總線與終端總線。

2 乙苯／苯乙烯裝置PCS7項(xiàng)目結(jié)構(gòu)

2.1 多項(xiàng)目結(jié)構(gòu)

多項(xiàng)目結(jié)構(gòu)是PCS7項(xiàng)目的基本結(jié)構(gòu)，即1個(gè)多項(xiàng)目下包含若干個(gè)子（單）項(xiàng)目，PCS7系統(tǒng)為用戶和組態(tài)工程師提供了友好的工廠視圖（Plant Hierarchy）界面來(lái)實(shí)現(xiàn)這一功能。乙苯／苯乙烯裝置PCS7項(xiàng)目分為2個(gè)獨(dú)立的單元（EB／SM和RF）。對(duì)于這2個(gè)獨(dú)立的單元，DCS組態(tài)根據(jù)相應(yīng)工藝單元的層次來(lái)劃分項(xiàng)目結(jié)構(gòu)，使工藝操作人員易于明白。

2.2 權(quán)限管理

由于化工行業(yè)的特殊性，DCS的權(quán)限管理非常重要。在乙苯／苯乙烯裝置的項(xiàng)目中，設(shè)置了3個(gè)不同級(jí)別的操作用戶組，即操作員、工藝工程師和儀表工程師。操作員只可以做基本的參數(shù)設(shè)定等簡(jiǎn)單的操作。工藝工程師除了具有操作員的權(quán)限外，還可以更改PID參數(shù)和高低報(bào)警值。儀表工程師有系統(tǒng)管理的所有權(quán)限。

2.3 報(bào)警功能和歸檔設(shè)置

報(bào)警功能分為操作記錄信息和過(guò)程報(bào)警消息。操作員站會(huì)生成包括所有的操作員命令的操作記錄信息，每次當(dāng)操作員給出命令或通過(guò)面板改變參數(shù)的時(shí)候，操作信息會(huì)被記錄。WINCC從現(xiàn)場(chǎng)控制器中獲取報(bào)警或消息，根據(jù)消息／報(bào)警的分類以及預(yù)先設(shè)定的每類消息／報(bào)警的優(yōu)先級(jí)按順序?qū)⑺鼈冚斎胂⒂涗浿小?/p>

歸檔設(shè)置主要是對(duì)所有模擬量和消息進(jìn)行短期歸檔和長(zhǎng)期歸檔。在乙苯／苯乙烯裝置的項(xiàng)目中，操作員站和服務(wù)器中都有1個(gè)基于SQL Server的高性能歸檔系統(tǒng)，用于短期保存過(guò)程值和消息／事件并存在現(xiàn)場(chǎng)單站和相應(yīng)服務(wù)器中，短期檔案數(shù)據(jù)導(dǎo)出到中央歸檔服務(wù)器CAS變?yōu)橹虚L(zhǎng)期歸檔數(shù)據(jù)。

2.4 命名規(guī)則

有效簡(jiǎn)潔的命名規(guī)則可以方便項(xiàng)目的推進(jìn)和后期的維護(hù)。在乙苯／苯乙烯裝置的項(xiàng)目中，工廠層級(jí)按照工藝需求劃分，使用簡(jiǎn)單的主要設(shè)備位號(hào)（由英文字母加數(shù)字構(gòu)成），清晰明了，簡(jiǎn)化了工藝操作難度。回路位號(hào)（CFC）衍生自儀表位號(hào)，與其具有一致的裝置標(biāo)識(shí)符、后繼的順序號(hào)和后綴，通訊信號(hào)主要是來(lái)自TRICON系統(tǒng)的信號(hào)，根據(jù)其通訊描述，進(jìn)行統(tǒng)一描述和定義，保證不重復(fù)和引起歧異，每個(gè)CFC都定義注釋，描述其功能，方便儀表維護(hù)人員維護(hù)。

3 項(xiàng)目功能庫(kù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用

在一個(gè)PCS7項(xiàng)目中，所用的功能塊可能來(lái)自不同的庫(kù)文件。在本項(xiàng)目中，采用了1個(gè)Master Data Library，把項(xiàng)目中所用到的所有功能塊都分類放在其中，項(xiàng)目中把現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程控制的設(shè)備都作為一個(gè)個(gè)對(duì)象，采用模塊化的編程方式，這樣可大大提高組態(tài)效率和正確率，且易于后期維護(hù)。本項(xiàng)目使用的模塊主要是BASF Toolkit LIB，包括底層控制功能塊，HMI上相對(duì)應(yīng)的圖標(biāo)、控制面板和組態(tài)助手等。

3.1 AI－1現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)（4～20mA）測(cè)量

AI－1現(xiàn)場(chǎng)模擬量信號(hào)（4～20mA）測(cè)量功能轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)方式有線性轉(zhuǎn)換、開(kāi)方轉(zhuǎn)換和開(kāi)方轉(zhuǎn)換帶小信號(hào)切除。當(dāng)輸入信號(hào)故障系統(tǒng)報(bào)警時(shí)，測(cè)量功能保持當(dāng)前值輸出。輸入信號(hào)值報(bào)警分為6種并觸發(fā)相應(yīng)消息，6種信號(hào)值報(bào)警分別是低低低報(bào)警、低低報(bào)警、低報(bào)警、高報(bào)警、高高報(bào)警、高高高報(bào)警。

3.2 AO－1模擬量手動(dòng)輸出

AO－1模擬量手動(dòng)輸出（4～20mA）根據(jù)選擇的不同參數(shù)，輸出控制信號(hào)可按照FC（氣開(kāi)）、FO（氣關(guān)）類型設(shè)置，輸出信號(hào)故障時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，輸出保持當(dāng)前值。

3.3 CTRL－1控制

單回路PID的控制功能可以實(shí)現(xiàn)AI－1和AO－1所有功能。此外，PID手動(dòng)時(shí)，設(shè)定值SP跟蹤過(guò)程值PV（過(guò)程輸入信號(hào)故障時(shí)，PID延時(shí)2s強(qiáng)制切手動(dòng)，輸出保持當(dāng)前值；輸出信號(hào)故障時(shí)，PID延時(shí)2s強(qiáng)制切手動(dòng)，輸出保持當(dāng)前值）。

3.4 CTRL－2比例調(diào)節(jié)

比例調(diào)節(jié)PID的控制功能可以實(shí)現(xiàn)AI－1和AO－1所有功能。此外，副回路PID比例調(diào)節(jié)投入時(shí)，主回路PID的PV值乘以一個(gè)可設(shè)比例系數(shù)K作為副回路PID的設(shè)定值SP，當(dāng)副回路PID比例調(diào)節(jié)切除時(shí)，為了無(wú)擾切換，可設(shè)比例系數(shù)K＝副回路PID的設(shè)定值SP／主回路的PV值。

4 結(jié)語(yǔ)

SIEMENS PCS7過(guò)程控制系統(tǒng)與其他系統(tǒng)相比，有可靠性高、配置靈活、組態(tài)簡(jiǎn)潔方便、易于維護(hù)、操作簡(jiǎn)單、界面友好的特點(diǎn)，SIEMENS PCS7過(guò)程控制系統(tǒng)在乙苯／苯乙烯裝置的成功應(yīng)用，為裝置長(zhǎng)周期可靠安全運(yùn)行提供了保證，為企業(yè)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)奠定了基礎(chǔ)，給企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和良好的社會(huì)效益，對(duì)于其他類似裝置也具有一定的參考價(jià)值。

［1］游貴華.CENTUM CS3000在乙苯苯乙烯裝置的應(yīng)用［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2010（10）

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［3］姜冬陽(yáng)，劉克，王國(guó)棟.PCS7控制系統(tǒng)在化工污水處理中的應(yīng)用［J］.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2012（9）

［4］李康，肖冬平.PCS系統(tǒng)在粘膠短纖維生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.化工自動(dòng)化及儀表，2011（1）